Der Forschungsschwerpunkt Trennverfahren und Experimentelle Anwendungen untersucht membran- und adsorptionsbasierte Trennverfahren und dient als Querschnitt in Bezug auf experimentelle Arbeiten zu den anderen Forschungsschwerpunkten. Wir verfügen über umfangreiche Erfahrungen in der Prozessentwicklung und -optimierung auf der Basis von experimentellen Untersuchungen und Prozesssimulation. Unsere Erfahrung in der Prozesssimulation umfasst auch weitere Trennverfahren wie die Rektifikation. Ansprechpartner für diesen Schwerpunkt sind Christian Jordan (Kontaktinformationen, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster), Markus Bösenhofer (Kontaktinformationen, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster) oder Walter Wukovits (Kontaktinformationen, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster).

Gaspermeation, Pervaporation und Nanofiltration sind die wichtigsten membranbasierten Trennverfahren, mit denen wir uns derzeit beschäftigen. Gaspermeation beschreibt einen Prozess, bei dem die Veränderung der Permeabilität durch eine typischerweise nicht poröse Polymermembran genutzt wird, um Gaskomponenten in Gemischen zu trennen oder anzureichern. Gängige Verfahren sind z. B. die Biogasaufbereitung (Entfernung von Kohlendioxid aus Methan) oder die Wasserstoffextraktion aus dem Erdgasnetz (zur Nutzung des Netzes für Wasserstofftransport und -verteilung).

Im Gegensatz dazu ist die Pervaporation eine Methode zur Entfernung von Komponenten aus Flüssigkeitsgemischen, bei der eine Polymer- oder Keramikmembran verwendet wird, um die Trennung durch Verdampfung mit der Selektivität des transmembranen Transports zu verbessern. Ein typisches Verfahren ist die Sammlung von z. B. Lösungsmitteln (Aceton, Butanol, Ethanol), die aus verdünnter Fermentationsbrühe gewonnen werden. Bei einem anderen Verfahren werden Membranen eingesetzt, um kleine Wasserfraktionen aus azeotropen Mischungen oder aus Veresterungsreaktoren zu entfernen.

Die Nanofiltration kann auch in der biotechnologischen Produktion eingesetzt werden, um Flüssigkeitsströme mit gelösten organischen und anorganischen Bestandteilen zu behandeln, z. B. zur Anreicherung von Milchsäure aus Silagesaft oder zur Gewinnung von Aminosäuren. In Kombination mit anderen Trennschritten wie Ultrafiltration oder Adsorption kann die Nanofiltration zur Entfernung von Farbstoffen aus Stärkehydrolysaten oder als energiesparender Vorbehandlungsschritt zur Konzentration von Dünnsaft in der Zuckerindustrie eingesetzt werden.

Die Druckwechseladsorption (PSA) ist das wichtigste adsorptionsbasierte Verfahren in unserem Forschungsportfolio zur Gastrennung. PSA ist ein pseudokontinuierliches Verfahren (Kombination mehrerer Chargenstufen) zur Entfernung bestimmter Komponenten (Adsorptionsmittel) aus Gasströmen. Das Adsorptionsmittel wird bei hohem Druck an das Adsorptionsmittel adsorbiert, während es bei niedrigem Druck entfernt wird.

Was die Absorption (selektive Auflösung gasförmiger Komponenten in Waschflüssigkeit) betrifft, so wurde zusammen mit einem Industriepartner ein neues Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff entwickelt und patentiert, das auf der Nutzung unterschiedlicher Zeitskalen/Auflösungskinetiken beruht, um die Spurenverunreinigung aus einem kohlendioxidreichen Biogasstrom in einem sehr kompakten Sprühsäulenreaktor zu entfernen. Dies ist nicht nur notwendig, um die nachfolgenden Membranstufen vor Beschädigungen zu schützen, sondern auch essentiell für die normgerechte Einspeisung des Biogases in das Netz.

Die experimentellen und trenntechnischen Arbeiten werden durch Modellierung und Simulation begleitet, um zusätzliche Erkenntnisse über die Prozessschritte zu gewinnen und das Verhalten und die Leistung in komplexen Prozessketten zu untersuchen. Short-Cut-Design-Methoden können für das Benchmarking verschiedener Prozessschritte mit Gleichgewichtsberechnung und für einfache Sensitivitätsanalysen auf der Grundlage experimenteller Ergebnisse verwendet werden. Die Integration von Prozessschritten in einen Gesamtprozess bereits in einem frühen Projektstadium trägt dazu bei, Engpässe zu beseitigen, experimentelle Untersuchungen in kritischen Prozessschritten anzustoßen/zu leiten und Prozessrouten/Parameter aufzuzeigen, die die Nachhaltigkeit, die Umweltverträglichkeit und die wirtschaftliche Leistung eines Prozesses verbessern.

Eine wichtige Anwendung unserer Trennverfahren ist die Gasreinigung, z. B. die Abtrennung von Wasserstoff aus Erdgas sowie die Reinigung und Aufbereitung von Wasserstoff. Unsere Forschungsgruppe kann auf eine lange Reihe von Forschungsprojekten und Patenten in diesem Bereich zurückblicken.

Trennverfahren sind auch in anderen Versuchsaufbauten wichtig, z. B. in Membranreaktoren. Membranreaktoren entfernen Reaktionsprodukte während des Prozesses, um die Ausbeute von Gleichgewichtsreaktionen zu erhöhen - wie bereits erwähnt, z. B. durch Wasserentzug bei Veresterungsreaktionen. Eine Verfahrensentwicklung betrifft die Nutzung von Kohlendioxid als wertvollen Rohstoff durch die Herstellung von Diethylcarbonat mit Ethanol für die industrielle Nutzung (als Elektrolytzusatz für Batterien oder als Bestandteil von E-Fuel).

Die experimentelle Untersuchung von Trennprozessen ist eine unserer Kernkompetenzen. Wir haben verschiedene Membranprüf- und andere Gastrennanlagen entwickelt und betreiben sie. Neben den Testeinrichtungen haben wir auch eine kundenspezifische Membranspinnerei und eine kundenspezifische Beschichtungsanlage für Hohlfasermembranen entwickelt.

Unsere zweite Kernkompetenz liegt auf dem Gebiet der Strömungsdynamik. Wir betreiben ein Laser-Doppler-Velocimetry (LDV)- und ein Particle-Image-Velocimetry (PIV)-System, um strömungsdynamische Probleme zu untersuchen und unsere CFD-Modelle (Computational Fluid Dynamics) zu validieren.

Seit kurzem beschäftigen wir uns mit experimentellen Aktivitäten im Bereich der thermochemischen Umwandlung von Feststoffen. In Zusammenarbeit mit unserem Projektpartner K1-MET GmbH betreiben wir einen einzigartigen Hochtemperatur-, Hochdruck- und Hochheizratenreaktor zur Untersuchung der Umwandlung pulverisierter Feststoffe.

Generell verfügen wir über eine große Erfahrung in vielen verfahrenstechnischen Anwendungen. Eine nicht erschöpfende Liste ist die folgende:

• Bestimmung von physikalischen und thermodynamischen Eigenschaften (TGA/DSC, VLE, Zucker- und Ligninlöslichkeit)
• Ligninextraktion und -ausfällung  Gas-Pulver-Ströme
• Thermochemische Umwandlung von Pulvern
• Analytische Brenner im Labormaßstab

Für unsere Kooperationspartner haben wir in der Vergangenheit verschiedene maßgeschneiderte Versuchsaufbauten entwickelt und betrieben. Auf dieser Seite finden Sie eine Übersicht der derzeit verfügbaren Laborinfrastruktur.